T.C.
DÜZCE ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
BİR KENTSEL KATI ATIK TERMAL İŞLEME TESİSİNİN YAKIT
ÜRETİM VE ENERJİ VERİMLİLİĞİNİN ARAŞTIRILMASI
MERT KILINÇEL
DOKTORA TEZİ
MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI
DANIŞMAN
DOÇ. DR. ETHEM TOKLU
ii
T.C.
DÜZCE ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
BİR KENTSEL KATI ATIK TERMAL İŞLEME TESİSİNİN YAKIT
ÜRETİM VE ENERJİ VERİMLİLİĞİNİN ARAŞTIRILMASI
Mert KILINÇEL tarafından hazırlanan tez çalışması aşağıdaki jüri tarafından Düzce Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Enstitü Anabilim Dalı’nda DOKTORA TEZİ olarak kabul edilmiştir.
Tez Danışmanı
Doç. Dr. Ethem TOKLU Düzce Üniversitesi
Jüri Üyeleri
Doç. Dr. Ethem TOKLU
Düzce Üniversitesi _____________________ Doç. Dr. Suat SARIDEMİR
Düzce Üniversitesi _____________________
Dr. Öğr. Üyesi İkrime ORKAN UÇAR
Düzce Üniversitesi _____________________
Prof. Dr. Nedim SÖZBİR
Sakarya Üniversitesi _____________________ Doç. Dr. Kemal ERMİŞ
Sakarya Üniversitesi _____________________ Tez Savunma Tarihi: 02/10/2018
iii
BEYAN
Bu tez çalışmasının kendi çalışmam olduğunu, tezin planlanmasından yazımına kadar bütün aşamalarda etik dışı davranışımın olmadığını, bu tezdeki bütün bilgileri akademik ve etik kurallar içinde elde ettiğimi, bu tez çalışmasıyla elde edilmeyen bütün bilgi ve yorumlara kaynak gösterdiğimi ve bu kaynakları da kaynaklar listesine aldığımı, yine bu tezin çalışılması ve yazımı sırasında patent ve telif haklarını ihlal edici bir davranışımın olmadığını beyan ederim.
02 Ekim 2018
iv
TEŞEKKÜR
Doktora öğrenimimde ve bu tezin hazırlanmasında gösterdiği yardımdan dolayı danışman hocam Doç. Dr. Ethem TOKLU’ya teşekkür ederim.
Hayatımın her aşamasında varlıklarından güç aldığım annem Fatma KILINÇEL, babam Atila KILINÇEL, ablam Meltem GÜRÜ’ye ve biricik yeğenlerim Ceren GÜRÜ ve Gülce GÜRÜ’ye sonsuz sevgi ve teşekkürlerimi sunarım.
Tanıştığım günden bu yana hayatımın her aşamasında yardımlarını ve desteklerini esirgemeyen, daha da önemlisi acı tatlı her günümde bana destek olan ve hayatıma anlam katan kıymetli eşim ve hayat arkadaşım Özge KILINÇEL’e sonsuz teşekkürlerimi sunarım. Ayrıca varlığı ile bana sonsuz mutluluk ve sevinç veren, hayat ışığım biricik oğlum Gökalp KILINÇEL’e sonsuz sevgi ve teşekkürlerimi sunarım. Gerek meslek hayatımda gerekse günlük telaşelerde her zaman yanımda olan, bana güç ve destek veren meslektaşım ve yol arkadaşım Yakup Okan ALPAY ve eşi Emel TÜRKER ALPAY’a minnetlerimi sunarım.
Tez çalışmamın birçok aşamasında beni yönlendirerek, akademik bilgi ve teknik desteğini sonuna kadar sunan Prof. Dr. Metin GÜRÜ’ye minnetlerimi sunarım.
Tez çalışmamda her türlü bilgi birikimi ve altyapı olanaklarını cömertçe paylaşarak en kritik anlarda desteğini esirgemeyen, Dr. Öğr. Üyesi Gökçen AKGÜL’e tüm samimiyetimle minnetlerimi sunarım.
Ayrıca çalışmam süresince her türlü desteğini eksik etmeyen, Doç.Dr. Hüsnü GERENGİ ve çalışma arkadaşları, Mesut YILDIZ, Mine KURTAY ve Ertuğrul KAYA’ya sonsuz teşekkürlerimi sunarım.
Bu çalışma, Düzce Üniversitesi BAP-2016.06.06.405 numaralı Bilimsel Araştırma Projesiyle desteklenmiştir.
vi
İÇİNDEKİLER
Sayfa No
ŞEKİL LİSTESİ ... X
ÇİZELGE LİSTESİ ... XII
KISALTMALAR ... XIV
SİMGELER ... XVI
ÖZET ... XVII
ABSTRACT ... XVIII
EXTENDED ABSTRACT ... XIX
1.
GİRİŞ ... 1
1.1. ÇALIŞMANIN ANLAM VE ÖNEMİ ... 1
1.2. LİTERATÜRDE YER ALAN İLGİLİ ÇALIŞMALAR ... 2
2.
KENTSEL KATI ATIK YÖNETİMİ ... 8
2.1. TANIMI VE SINIFLANDIRILMASI ... 8
2.2. UYGULAMA VE KAPSAMI ... 10
2.2.1. Katı Atık Hiyerarşisi ... 10
2.2.1.1. Önleme ... 11 2.2.1.2. Azaltma ... 11 2.2.1.3. Yeniden Kullanma ... 12 2.2.1.4. Geri Dönüşüm ... 12 2.2.1.5. Kompostlama ... 12 2.2.1.6. Depolama ... 13
2.3. KKA TÜRKİYE İSTATİSTİK VERİLERİ ... 13
2.4. YASAL ÇERÇEVE ... 15
2.5. KKA OLUŞUMUNUN ÖNLENMESİ ... 16
2.5.1. KKA’ların Önlenmesinin Ekonomik Avantajları ... 17
2.5.2. KKA’ların Önlenmesinin Çevresel Avantajları ... 17
vii
3.
KKA BERTARAF YÖNTEMLERİ ... 21
3.1. GERİ DÖNÜŞÜMÜ ... 21
3.2. DÜZENLİ DEPOLAMA YÖNTEMİ ... 22
3.2.1. Düzenli Depolama Sahası Tasarım Kriterleri ... 22
3.2.2. Depo Gazı Oluşumu ve Özellikleri ... 23
3.3. ISIL VE KİMYASAL BERTARAF YÖNTEMLERİ ... 23
3.3.1. Yakma ... 24
3.3.1.1. Yakma İşlemi ve Sistemleri ... 25
3.3.1.2. Atığın Yanabilirliği ... 26
3.3.1.3. Isı Geri Kazanım Sistemleri ... 26
3.3.2. Gazlaştırma ... 26
3.3.3. Piroliz ... 26
3.4. BİYOLOJİK BERTARAF YÖNTEMLERİ ... 27
3.4.1. Anaerobik Çürütme Prosesleri ... 27
3.4.2. Aerobik Kompostlaştırma ... 27
4.
TERMAL BERTARAF YÖNTEMİ OLARAK PİROLİZ ... 28
4.1. PİROLİZE GİRİŞ ... 28
4.1.1. Piroliz İşleminin Termal ve Kimyasal İşlem Basamakları ... 29
4.2. PİROLİZ YÖNTEMLERİ ... 29
4.2.1. Yavaş Piroliz ... 30
4.2.2. Geleneksel Piroliz ... 30
4.2.3. Hızlı Piroliz ... 30
4.3. PİROLİZ REAKTÖR ÇEŞİTLERİ ... 30
4.3.1. Sabit Yataklı Reaktör ... 31
4.3.2. Döner Yataklı Reaktör ... 32
4.3.3. Akışkan Yataklı Reaktör ... 32
4.3.4. Borusal Şekilli Reaktörler ... 33
4.3.5. Diğer Piroliz Reaktörleri ve Teknolojileri ... 34
4.4. PİROLİZ ÜRÜNLERİNİ ETKİLEYEN PARAMETRELER ... 35
4.4.1. Hammadde Fiziksel Özellikleri ve Ayrıştırma ... 35
4.4.2. Isıtma Hızı, İşlem Sıcaklık ve Basıncı ... 35
4.4.3. Nem İçeriği ... 37
viii
4.4.5. Katalizör ... 38
5.
MATERYAL VE YÖNTEM ... 39
5.1. DENEYSEL DÜZENEĞİN KURULUMU ... 39
5.1.1. Döner Yataklı Piroliz Reaktörü... 39
5.1.2. Döner Yataklı Laboratuvar Ölçekli (DYLÖ) Piroliz Reaktörü ... 45
5.1.3. Sabit Yataklı Piroliz Reaktörü ... 47
5.2. DENEYSEL ÇALIŞMALARIN PLANLANMASI ... 50
5.2.1. KKA Menülerinin Hazırlanması ... 50
5.2.2. Katalizörlerin Hazırlanması ... 55
5.2.3. Menülerin Analizi ... 56
5.2.3.1. Kalorifik Değer Analizi ... 56
5.2.3.2. Fourier Transform Infrared Spectroscopy ... 56
5.2.4. Katalizörlerin Analizi ... 57
5.2.4.1. Nem Tayini ... 57
5.2.4.2. Fourier Transform Infrared Spectroscopy ... 57
5.2.4.3. SEM/EDS ... 57
5.2.4.4. Brunauer–Emmett–Teller ... 57
5.2.4.5. X-ray Fluorescence Spektroskopisi ... 58
5.2.5. Piroliz Sonrası Katı Kalıntıların Analizi ... 58
5.2.5.1. Kalorifik Değer Analizi ... 58
5.2.5.2. SEM/EDS ... 58
5.2.5.3. Fourier Transform Infrared Spectroscopy ... 59
5.2.5.4. X-ray Fluorescence Spektroskopisi ... 59
5.2.6. Piroliz Sonrası Sıvı Ürünlerin Analizi ... 59
5.2.6.1. Gaz Kromatografisi Kütle Spektrometresi ... 59
5.2.6.2. Kalorifik Değer Analizi ... 59
5.2.6.3. Fourier Transform Infrared Spectroscopy ... 60
6.
SONUÇLAR ... 61
6.1. PİROLİZ İŞLEMİNDEN ELDE EDİLEN SON ÜRÜNLER ... 61
6.1.1. Sabit Yataklı Ünite Son Ürünleri ... 61
6.1.2. Döner Yataklı Ünite Son Ürünleri ... 62
6.2. PİROLİZ ÜNİTELERİNİN ISINMA PERFORMANSI ... 63
ix
6.2.2. Döner Yataklı Ünite ... 64
6.3. XRF ANALİZ SONUÇLARI ... 65
6.3.1. Katalizörlerin Analizleri ... 65
6.3.2. Döner Yataklı Üniteden Elde Edilen Katı Kalıntıların Analizleri ... 67
6.4. FT-IR ANALİZ SONUÇLARI ... 70
6.4.1. Menü Bileşenlerinin Analizi ... 70
6.4.2. Katalizörlerin Analizi ... 74
6.4.3. Sabit Yataklı Üniteden Elde Edilen Katı Kalıntıların Analizi ... 75
6.4.4. Sabit Yataklı Üniteden Elde Edilen Piroliz Yağı Analizi ... 76
6.4.5. Döner Yataklı Üniteden Elde Edilen Katı Kalıntıların Analizi ... 76
6.4.6. Döner Yataklı Üniteden Elde Edilen Piroliz Yağı Analizi ... 77
6.5. SEM-EDS ANALİZ SONUÇLARI ... 79
6.5.1. Katalizörlerin Analizi ... 79
6.5.2. Döner Yataklı Üniteden Elde Edilen Katı Kalıntıların Analizi ... 87
6.5.3. Sabit Yataklı Üniteden Elde Edilen Katı Kalıntıların Analizi ... 96
6.6. BRUNAUER–EMMETT–TELLER ANALİZ SONUÇLARI ... 106
6.7. GC-MS ANALİZ SONUÇLARI ... 108
6.8. KALORİFİK DEĞER SONUÇLARI ... 112
6.9. ENERJİ VERİMLİLİĞİ VE MALİYET ANALİZİ ... 116
6.9.1. Sabit Yataklı Sistemin Isıl ve Proses Verimliliği Analizleri ... 117
6.9.2. Sabit Yataklı Sistemin Maliyet Analizi ... 120
6.9.3. Döner Yataklı Sistemin Isıl ve Proses Verimliliği Analizleri ... 121
6.9.4. Döner Yataklı Sistemin Maliyet Analizi ... 125
7.
TARTIŞMA VE ÖNERİLER ... 126
8.
KAYNAKLAR ... 131
x
ŞEKİL LİSTESİ
Sayfa No
Şekil 2.1. Entegre katı atık yönetimi akış diyagramı [24]. ... 9
Şekil 2.2. Katı atık yönetim hiyerarşisi [28]. ... 11
Şekil 2.3. Atık bertaraf yöntemleri ve miktarı [31]. ... 14
Şekil 3.1. Bir düzenli depolama sahasının kesit görüntüsü [38]. ... 23
Şekil 4.1. Sabit yataklı piroliz sistemi [63]. ... 31
Şekil 4.2. Döner yataklı piroliz sistemi [63]. ... 32
Şekil 4.3. Akışkan yataklı piroliz sistemi [63]. ... 33
Şekil 4.4. Borusal şekilli piroliz reaktörü [63]. ... 34
Şekil 4.5. Entegre piroliz sistemi [63]. ... 35
Şekil 5.1. Kurutma ünitesi üç boyutlu görünümü. ... 40
Şekil 5.2. Kırıcı ünitenin üç boyutlu tasarımı. ... 41
Şekil 5.3. Dokunmatik ekranlı kontrol paneli. ... 42
Şekil 5.4. Piroliz ünitesinin üç boyutlu tasarımı. ... 42
Şekil 5.5. Döner yataklı endüstriyel ölçekli piroliz sistemi şematik diyagramı. ... 44
Şekil 5.6. Kurutucu ve piroliz ünitelerinin montajlanmış yerleşimi. ... 45
Şekil 5.7. Döner yataklı piroliz reaktörünün şematik görünümü. ... 46
Şekil 5.8. Deneysel düzeneğin üç boyutlu tasarımı. ... 48
Şekil 5.9. Deneysel düzeneği oluşturan bileşenler (mm). ... 48
Şekil 5.10. Deneysel düzeneğinin şematik görünümü. ... 49
Şekil 5.11. Deneysel çalışmayı özetleyen şematik diyagram. ... 51
Şekil 5.12. Menülerinin içerdiği bileşenler ve katalizör oranları. ... 54
Şekil 5.13. DM Menülerinin içerdiği bileşenler ve katalizör oranları. ... 54
Şekil 5.14. Katalizör olarak kullanılan sepiyolit numunelerinin resimleri. ... 56
Şekil 5.15. Katalizör olarak kullanılan boksit numunelerinin resimleri. ... 56
Şekil 6.1. Menülerden elde edilen son ürünlerin kütlesel yüzdeleri. ... 61
Şekil 6.2. Menülerden elde edilen son ürünlerin kütlesel yüzdeleri. ... 63
Şekil 6.3. Menülere ait ısınma eğrileri. ... 64
Şekil 6.4. Menülere ait ısınma eğrileri. ... 64
Şekil 6.5. PP numunelerinin FT-IR spektrometreleri. ... 71
Şekil 6.6. PC numunelerinin FT-IR spektrometreleri. ... 71
Şekil 6.7. HDPE numunelerinin FT-IR spektrometreleri. ... 71
Şekil 6.8. LDPE numunelerinin FT-IR spektrometreleri. ... 72
Şekil 6.9. Mukavva numunelerinin FT-IR spektrometreleri. ... 72
Şekil 6.10. Kağıt numunelerinin FT-IR spektrometreleri. ... 72
Şekil 6.11. Ahşap numunelerinin FT-IR spektrometreleri. ... 73
Şekil 6.12. Tekstil numunelerinin FT-IR spektrometreleri. ... 73
Şekil 6.13. Polimerlerin birleştirilmiş FT-IR spektrometreleri. ... 73
Şekil 6.14. Sepiyolit numunelerinin FT-IR spektrometreleri. ... 74
Şekil 6.15. Boksit numunelerinin FT-IR spektrometreleri. ... 75
Şekil 6.16. Katı kalıntıların birleştirilmiş FT-IR spektrometreleri. ... 75
xi
Şekil 6.18. Katı kalıntıların birleştirilmiş FT-IR spektrometreleri. ... 77
Şekil 6.19. Piroliz yağlarının birleştirilmiş FT-IR spektrometreleri. ... 78
Şekil 6.20. Aktifleşmemiş boksit EDS spektroskopisi. ... 81
Şekil 6.21. Aktif boksit EDS spektroskopisi. ... 82
Şekil 6.22. Aktifleşmemiş sepiyolit EDS spektroskopisi. ... 83
Şekil 6.23. Aktif sepiyolit EDS spektroskopisi. ... 84
Şekil 6.24. Aktifleşmemiş boksit SEM görüntüsü. ... 85
Şekil 6.25. Aktif boksit SEM görüntüsü. ... 85
Şekil 6.26. Aktifleşmemiş sepiyolit SEM görüntüsü. ... 86
Şekil 6.27. Aktif sepiyolit SEM görüntüsü. ... 86
Şekil 6.28. DM-1 EDS spektroskopisi. ... 87
Şekil 6.29. DM-2 EDS spektroskopisi. ... 88
Şekil 6.30. DMS-1 EDS spektroskopisi. ... 89
Şekil 6.31. DMS-2 EDS spektroskopisi. ... 90
Şekil 6.32. DMB-1 EDS spektroskopisi. ... 91
Şekil 6.33. DMB-2 EDS spektroskopisi. ... 92
Şekil 6.34. DM-1 SEM görüntüsü. ... 93 Şekil 6.35. DM-2 SEM görüntüsü. ... 93 Şekil 6.36. DMS-1 SEM görüntüsü. ... 94 Şekil 6.37. DMS-2 SEM görüntüsü. ... 94 Şekil 6.38. DMB-1 SEM görüntüsü. ... 95 Şekil 6.39. DMB-2 SEM görüntüsü. ... 95
Şekil 6.40. M-1 EDS spektroskopisi. ... 96
Şekil 6.41. M-2 EDS spektroskopisi. ... 97
Şekil 6.42. MS-1 EDS spektroskopisi. ... 98
Şekil 6.43. MS-2 EDS spektroskopisi. ... 99
Şekil 6.44. MB-1 EDS spektroskopisi. ... 100
Şekil 6.45. MB-2 EDS spektroskopisi. ... 101
Şekil 6.46. M-1 SEM görüntüsü. ... 102 Şekil 6.47. M-2 SEM görüntüsü. ... 102 Şekil 6.48. MS-1 SEM görüntüsü. ... 103 Şekil 6.49. MB-1 SEM görüntüsü. ... 103 Şekil 6.50. MS-2 SEM görüntüsü. ... 104 Şekil 6.51. MB-2 SEM görüntüsü. ... 104
Şekil 6.52. Döner yataklı üniteden elde edilen EDS verileri. ... 105
Şekil 6.53. Sabit yataklı üniteden elde edilen EDS verileri. ... 105
Şekil 6.54. M-1 piroliz yağı GC-MS analiz sonuçları. ... 109
Şekil 6.55. M-2 piroliz yağı GC-MS analiz sonuçları. ... 109
Şekil 6.56. MS-1 piroliz yağı GC-MS analiz sonuçları. ... 109
Şekil 6.57. MS-2 piroliz yağı GC-MS analiz sonuçları. ... 110
Şekil 6.58. MB-1 piroliz yağı GC-MS analiz sonuçları.. ... 110
Şekil 6.59. MB-2 piroliz yağı GC-MS analiz sonuçları. ... 110
Şekil 6.60. Son ürünlerin ısıl değer karşılaştırması. ... 114
Şekil 6.61. Piroliz öncesi ve sonrası toplam ısıl değerler. ... 116
Şekil 6.62. Piroliz sonunda ısıl değerlerdeki yüzde artışlar. ... 116
Şekil 6.63. Sistemde gerçekleşen enerji akışı. ... 121
Şekil 6.64. Isıl verimlilik karşılaştırması. ... 124
xii
ÇİZELGE LİSTESİ
Sayfa No
Çizelge 2.1. Belediye atık göstergeleri [31]. ... 13
Çizelge 2.2. Atık bertaraf ve geri kazanım tesisleri [32]. ... 15
Çizelge 2.3. ÇGYM’nin yürürlükte olan atık kontrol yönetmelikleri [35]. ... 15
Çizelge 2.4. Geri kazanım hedefleri [36]. ... 16
Çizelge 2.5. KKA önleme yöntemleri [38]. ... 18
Çizelge 2.6. Toplama yöntemlerinin avantaj ve dezavantajları [40]. ... 20
Çizelge 3.1. Geri kazanılmış atıkların kullanım alanları [41]. ... 21
Çizelge 3.2. Isıl bozundurma işlem sonrası ısıl ve son ürün özellikleri [27]. ... 24
Çizelge 4.1. Piroliz yöntemlerinin uygulama sıcaklıkları ve son ürünleri [57]. ... 30
Çizelge 4.2. Farklı sıcaklıklarda elde edilen singaz özellikleri [81]. ... 36
Çizelge 4.3. Farklı sıcaklıklar için gaz ürün içerik yüzdeleri [61]. ... 36
Çizelge 5.1.Piroliz ünitesinin bileşenler listesi. ... 43
Çizelge 5.2. Menüleri oluşturan hammaddelerin fiziksel özellikleri. ... 52
Çizelge 5.3. Menülerdeki hammaddelerin kütlece yüzde bileşenleri ... 53
Çizelge 6.1. Piroliz son ürün fazlarının yüzde dağılımı. ... 62
Çizelge 6.2. Piroliz son ürün fazlarının yüzde dağılımı. ... 63
Çizelge 6.3. Sepiyolit numunelerinin XRF sonuçları. ... 66
Çizelge 6.4. Boksit numunelerinin XRF sonuçları. ... 66
Çizelge 6.5. M-1 Katı kalıntılarının XRF sonuçları. ... 67
Çizelge 6.6. M-2 Katı kalıntılarının XRF sonuçları. ... 67
Çizelge 6.7. MS-1 Katı kalıntılarının XRF sonuçları. ... 68
Çizelge 6.8. MS-2 Katı kalıntılarının XRF sonuçları. ... 68
Çizelge 6.9. MB-1 Katı kalıntılarının XRF sonuçları. ... 69
Çizelge 6.10. MB-2 Katı kalıntılarının XRF sonuçları. ... 69
Çizelge 6.11. Polimer numunelerinin fonksiyonel grupları. ... 74
Çizelge 6.12. Boksit numunelerinin fonksiyonel grupları. ... 75
Çizelge 6.13. Piroliz yağı numunelerinin fonksiyonel grupları. ... 76
Çizelge 6.14. Katı kalıntı numunelerinin fonksiyonel grupları. ... 77
Çizelge 6.15. Piroliz yağı numunelerinin fonksiyonel grupları. ... 78
Çizelge 6.16. Aktifleşmemiş boksit EDS-Element spektroskopisi. ... 81
Çizelge 6.17. Aktif boksit EDS-Element spektroskopisi. ... 82
Çizelge 6.18. Aktifleşmemiş sepiyolit EDS-Element spektroskopisi. ... 83
Çizelge 6.19. Aktif sepiyolit EDS-Element spektroskopisi. ... 84
Çizelge 6.20. DM-1 EDS-Element spektroskopisi. ... 87
Çizelge 6.21. DM-2 EDS-Element spektroskopisi. ... 88
Çizelge 6.22. DMS-1 EDS-Element spektroskopisi. ... 89
Çizelge 6.23. DMS-2 EDS-Element spektroskopisi. ... 90
Çizelge 6.24. DMB-1 EDS-Element spektroskopisi. ... 91
Çizelge 6.25. DMB-2 EDS-Element spektroskopisi. ... 92
Çizelge 6.26. M-1 EDS-Element spektroskopisi. ... 96
xiii
Çizelge 6.28. MS-1 EDS-Element spektroskopisi. ... 98
Çizelge 6.29. MS-2 EDS-Element spektroskopisi. ... 99
Çizelge 6.30. MB-1 EDS-Element spektroskopisi. ... 100
Çizelge 6.31. MB-2 EDS-Element spektroskopisi. ... 101
Çizelge 6.32. BET yüzey alanı ölçüm sonuçları. ... 107
Çizelge 6.33. M-1 grubu menülerin GC-MS kütüphane taraması. ... 111
Çizelge 6.34. M-2 grubu menülerin GC-MS kütüphane taraması. ... 111
Çizelge 6.35. Numunelerin üst ısıl değerleri. ... 112
Çizelge 6.36. Son ürünlerin üst ısıl değerleri. ... 113
Çizelge 6.37. Literatürde yer alan bazı ısıl değerler. ... 115
Çizelge 6.38. Sabit yataklı sistemin ısıl verim analizi sonuçları. ... 119
Çizelge 6.39. Sabit yataklı sistemin proses verim analizi sonuçları. ... 120
Çizelge 6.40. Sabit yataklı sistemin maliyet analizi sonuçları ... 120
Çizelge 6.41. Döner yataklı sistemin ısıl verim analizi sonuçları. ... 123
Çizelge 6.42. Döner yataklı sistemin proses verim analizi sonuçları. ... 124
xiv
KISALTMALAR
A4 80 gr/m3 A4 kâğıt
AP Ahşap parça
ASTM American Society for Testing and Materials
AT Talaş atıklar
BET Brunauer-Emmett-Teller (Yüzey alanı ölçümü)
Bt Boksit
Çar Piroliz son ürünlerinden katı kalıntılar ÇGYM Çevre Yönetimi Genel Müdürlüğü
DM1 Selüloz ağırlıklı döner yataklı ünitede kullanılan menü DM2 Polimer ağırlıklı döner yataklı ünitede kullanılan menü DMB1 DM1 menüsüne %15 boksit katalizörü eklenerek hazırlanan ve döner yataklı ünitede kullanılan menü DMB2 DM2 menüsüne %15 boksit katalizörü eklenerek hazırlanan
ve döner yataklı ünitede kullanılan menü
DMS1 DM1 menüsüne %15 sepiyolit katalizörü eklenerek hazırlanan ve döner yataklı ünitede kullanılan menü DMS2 DM2 menüsüne %15 sepiyolit katalizörü eklenerek hazırlanan ve döner yataklı ünitede kullanılan menü EDS Energy dispersive X ray spectroscopy
EPA Avrupa Çevre Ajansı
FT-IR Fourier Transform Infrared Spectroscopy GC-MS Gaz Kromatografisi-Kütle Spektrometresi HDPE Yüksek yoğunluklu polietilen
IR Infrared (Kızılötesi)
IUPAC International Union of Pure and Applied Chemistry
KKA Kentsel katı atık
LDPE Düşük yoğunluklu polietilen LPG Sıvılaştırılmış petrol gazı
M1 Selüloz ağırlıklı sabit yataklı ünitede kullanılan menü M2 Polimer ağırlıklı sabit yataklı ünitede kullanılan menü
MB1 M1 menüsüne %15 boksit katalizörü eklenerek hazırlanan ve sabit yataklı ünitede kullanılan menü MB2 M2 menüsüne %15 boksit katalizörü eklenerek hazırlanan ve
sabit yataklı ünitede kullanılan menü
Mkv Mukavva
MPW Kentsel plastik atık (Municipal Plastic Waste)
MS1 M1 menüsüne %15 sepiyolit katalizörü eklenerek hazırlanan ve sabit yataklı ünitede kullanılan menü MS2 M2 menüsüne %15 sepiyolit katalizörü eklenerek hazırlanan
ve sabit yataklı ünitede kullanılan menü MSW Kentsel katı atık (Municipal Solid Waste) P2 Kirliliğin Önlenmesi (Pollution prevention)
xv
PP Polipropilen
SEM Taramalı elektron mikroskobu
St Sepiyolit
Tar Piroliz son ürünlerinden sıvı ürünleri ifade etmektedir.
TC Termokupl
TGA Termogravimetrik analiz
Tİ Termal işleme
Tkstl %100 pamuk havlu
TP Thermal processing
TÜİK Türkiye İstatistik Kurumu VOC Uçucu organik bileşikler
xvi
SİMGELER
bar Barometrik basınç
cm-1 Dalga boyu
Cp Özgül ısı
dk Dakika
g Gram
h Birim kütleye ait ısıl değer (MJ/kg) H Toplam kütleye ait ısıl değer (MJ) ḧLPG LPG’ye ait ısıl değer (kcal/m3)
kg Kilogram kJ Kilojoule kV Kilovolt L Litre mA Miliamper MJ Megajoule mL Mililitre MW Megawatt nm Nanometre pH Asitlik-bazlık ölçüsü
rpm Revolutions per minute (devir)
s Saniye
sa Saat
α Isı transfer sabiti
ρ Özgül ağırlık Enerji verimi ̇ Sıcaklık artış hızı (°C/dk) Sıcaklık farkı (°C) °C Santigrat derece µm Mikrometre Ø Çap ø Nem muhtevası
xvii
ÖZET
BİR KENTSEL KATI ATIK TERMAL İŞLEME TESİSİNİN GAZ ÜRETİM VE ENERJİ VERİMLİLİĞİNİN ARTIRILMASI
Mert KILINÇEL Düzce Üniversitesi
Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Mühendisliği Anabilim Dalı Doktora Tezi
Danışman: Doç. Dr. Ethem TOKLU Ekim 2018, 137 sayfa
Fosil ve yeraltı kaynaklarının hızlı bir biçimde tükenmesi içinde bulunduğumuz yüzyılın kaçınılmaz bir gerçeği olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu hızlı tüketim ülkemizde ve dünyada alternatif enerji arayışlarını kaçınılmaz hale getirmektedir. Bu arayış bilim insanlarını çeşitli enerji kaynaklarını yeni teknolojiler üreterek kullanmaya teşvik etmektedir. Bunun yanında geçmişten günümüze kadar, insanoğlunun doğası sebebiyle düzenli bir tüketim yapması sonucu, büyük ve engellenemeyen bir atık oluşumu ve birikimini beraberinde getirmektedir. Bu atıkların termal yöntemler ile bertarafının sağlanması ise, enerji kaynağı arayışına bir alternatif olarak kendini göstermektedir. Termal işleme (Tİ) yöntemlerinden birisi olan piroliz işleminin gerçekleştirildiği bu çalışmada, piroliz teknolojisi olaraksabit yataklı ve döner yataklı iki ayrı sistem kullanılmıştır. Çalışmada öncelikle kentsel katı atıkları (KKA) oluşturan temel bileşenler belirli oranlarda karıştırılarak farklı menüler elde edilmiştir. Bir sonraki adımda menülere ısıl aktif katalizörler (sepiyolit ve boksit) eklenmiştir. Eklenen katalizörlerin piroliz işlemi sonucunda elde edilen son ürünlerin nitelik ve niceliklerine olan etkisi deneysel olarak araştırılmıştır. Elde edilen katı ve sıvı son ürünlerinin ısıl değer tayinleri kalorimetre bombasında hesaplanmıştır. Bu sayede her iki sistemin ısıl verimlilikleri ve proses verimlilikleri hesaplanmıştır. Ayrıca farklı oranlarda eklenen polimer ve selüloz içerikli malzemelerin, piroliz işlemi son ürünleri üzerine etkileri de gözlemlenmiştir.
xviii
ABSTRACT
INVESTIGATION OF FUEL PRODUCTION AND ENERGY EFFICIENCY OF A MUNICIPAL SOLID WASTE THERMAL PROCESSING PLANT
Mert KILINÇEL Düzce University
Graduate School of Natural and Applied Sciences, Department of Mechanical Engineering
Doctoral Thesis
Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Ethem TOKLU October 2018, 137 pages
The rapid depletion of fossil and underground resources is one of the main issues of the century. This rapid consumption makes the search for alternative energy crucial in our country and the world. This search encourages scientists to use different sources of energy by using and developing different technologies. Besides, from past to present, due to the results of a regular consumption of human, it brings with a large and unavoidable waste generation and accumulation. Disposal of these wastes by thermal methods provides an alternative solution to the search for energy sources. In this study, a rotary kiln pyrolysis reactor and a fixed bed pyrolysis reactor used as the thermal treatment method. First, the basic constituents of municipal solid waste (MSW) were mixed at certain ratios and different menus were obtained. In the next step thermally active catalysts (sepiolite and bauxite) were added to these menus. Thus the effect of catalysis on qualities and quantities of final products of pyrolysis was experimentally investigated. The calorific values of the end products (for solid and liquid phases) were calculated with a bomb calorimeter. Thermal and process efficiency analysis were performed depending on the calorific values of the end products. Besides the effect of different ratios of polymer and cellulose on final products of pyrolysis process is observed.
xix
EXTENDED ABSTRACT
INVESTIGATION OF FUEL PRODUCTION AND ENERGY EFFICIENCY OF A MUNICIPAL SOLID WASTE THERMAL PROCESSING PLANT
Mert KILINÇEL Duzce University
Graduate School of Natural and Applied Sciences, Department of Mechanical Engineering
Doctoral Thesis
Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Ethem TOKLU October 2018, 137 pages
1. INTRODUCTION
The fact that the depletion of the non-renewable energy sources (fossil and underground resources), makes the search for new sources of energy extremely important in all over the world. Besides, from past to present, due to the results of the consumption originating from human nature, unavoidable waste generation and accumulation emerge as a big problem. The disposal of these wastes by thermal methods provides an alternative solution to the elimination of wastes.
In this study, a rotary kiln pyrolysis reactor and a fixed bed pyrolysis reactor used as the thermal treatment method. First, the basic constituents of municipal solid waste (MSW) were mixed at certain ratios and different menus were obtained. In the next step thermally active catalysts (sepiolite and bauxite) were added to these menus. Thus the effect of catalysis on qualities and quantities of final products of pyrolysis was experimentally investigated. The calorific values of the end products (for solid and liquid phases) were calculated with a bomb calorimeter. Thermal and process efficiency analysis were performed depending on the calorific values of the end products. Besides the effect of different ratios of polymer and cellulose on final products of pyrolysis process is observed.
The end products have different properties depending on various parameters like operating temperature, heating rate, operating pressure, material type (organic, inorganic etc.), the type, amount and flow rate of catalyst. Effect of the usage of the two different catalysts on pyrolysis products were examined.
xx 2. MATERIAL AND METHODS
In this study, a laboratory-scale, fixed bed pyrolysis unit was designed and manufactured. The inner cylinder, which constitutes the working volume of the unit, consists of sheet material of 114 mm diameter and 150 mm height and 7 mm thickness. Besides, a 114 mm stainless cap was welded the top and bottom of the cylinder. In order to open and close feeding section of the unit, the upper cap was drilled at a diameter of 60 mm and a stainless steel coupling of the same diameter was welded. After that the connection was made with stainless steel with a stainless sleeve coupling nipple of the same size. In order to supply nitrogen (inert gas) to the system, a 5 mm diameter cylindrical pipe extending from the nipple to the base of the unit was added. The extension of the pipe to the bottom of the unit was also made in order to ensure the inert atmosphere in the whole unit. A manometer has been added to the upper part of the system to measure the instantaneous pressure values. A K-Type thermocouple connection was made for the instant observation of the temperature values during the process. Small-sized Lpg- fed burner was employed as heating unit of the system. In order to eliminate the heat loss caused by the ambient temperature during the tests, the outer surfaces of the device were wrapped with 25 mm thick ceramic blanket to form two layers. Then 0,5 mm stainless 304 quality stainless steel sheet was covered. A 10 liters nitrogen tube was used for the inert gas in the experiments. The nitrogen gas was supplied from the beginning to the end of the process with a flow rate of 20 ml / min and the system was not closed until it was completely cooled. The reason why the nitrogen gas is left open from the beginning to the end of the process is the trapping of the oxygen which may come out as a result of possible reactions.
In addition to the fixed bed reactor, a rotary kiln pyrolysis reactor was used in the study. The specimen were chosen from the raw materials that generates the MSW. Raw materials contained in the MSW can variate depending on many parameters such as geographical location, climatic cover, people's standard of living and quality. In this study the materials were obtained directly from manufacturers in Turkey. These materials were mixed at certain ratios and different menus were created. Besides, catalysts (15% sepiolite and 15% bauxite) were added to these menus and six different menu groups were studied.
xxi
both samples prepared for use in experimental studies and the final products obtained at the end of the processes. These analyzes include; GC-MS analysis, SEM imaging, EDS spectroscopy, BET surface area measurement, XRF analysis, calorific value detection, pre-treatment and post-treatment weighing.
3. RESULTS AND DISCUSSIONS
According to the mass percentages of solid, liquid and gaseous products, it was seen that the polymer-weighted menus had higher solid residue and gaseous product amounts. However, in other menus with catalysts, it was observed that the use of sepiolite increases the amount of liquid and gas products in the cellulose-weighted menu, while reducing the amount of solid residue.
On the other hand, when using bauxite as a catalyst in cellulose-weighted menu, it was observed that the amount of solid residue and gaseous product was higher, while a amount of liquid product was lower.
It has been observed that in polymer-weighted menus, the use of sepiolite increases the amounts of solid and liquid products, resulting in a reduction in the amount of gas product. Besides, in the case of using bauxite as a catalyst in polymer-weighted menus it was observed that the amount of solid residue was increased while the amount of liquid and gas products was decreased.
4. CONCLUSION AND OUTLOOK
Depending on the results, it is suggested that currently used disposal methods can be more efficient for MSW, in the world and our country. These methods are predicted to be more efficient if the wastes are classified.
In addition, it is thought that product formation for the industry can be achieved in the use of catalysts in accordance with the quality and quantity of the products to be obtained. On the other hand, it is considered that the fuels obtained may be another preference because they are free from sulfur derivatives. It is also expected that waste oil will be evaluated and contribute to the formation of high added value products such as fuel and electricity in the energy industry.
1
1. GİRİŞ
1.1. ÇALIŞMANIN ANLAM VE ÖNEMİ
Günümüzde birçok farklı proses kullanılarak yenilenebilir enerji kaynaklarından elde edilen enerji miktarında hatırı sayılır bir artış olmasına rağmen, fosil yakıtların kullanımı ile enerji üretimi halen yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu hızlı tüketim sonunda sınırlı rezervlere sahip olan fosil yakıtların tükenme riski tüm dünyada yeni alternatif arayışlarını kaçınılmaz hale getirmektedir. Bu arayışa bir alternatif ise zaten atık halde bulunan ve biyolojik ve kimyasal yapısı olarak yoğun enerji deposu olan, kentsel katı atık (KKA) bertarafı sadece ülkemizde değil, tüm dünyada büyük ilgi odağı olarak kendini göstermektedir.
Diğer taraftan yeryüzünde her geçen gün artan nüfus ve buna bağlı olarak hızlı bir artış gösteren tüketim artışı beraberinde KKA birikimine yol açmaktadır. Gün geçtikçe artan katı atıkların bertarafı tüm dünyada çözülmesi gereken büyük sorunlardan biri olarak kendini göstermektedir. Bulunduğu konuma göre mevsimsel değişimler, bölgenin gelir düzeyi, sosyoekonomik faaliyetler gibi etkenlere bağlı olarak, oluşan KKA’ların nitelik ve niceliği de değişmektedir. Bu değişime bağlı olarak ise farklı nitelikteki KKA’lara uygun bertaraf yöntemlerinin belirlenmesi ve doğru bertaraf sisteminin kurulması verimliliği doğrudan etkilemektedir.
Hızlı bir şekilde artmakta olan KKA’ların çeşitli metotlar kullanılarak bertaraf edilmesi kentlerde temiz ve sağlıklı yaşam için büyük önem arz etmektedir. KKA’ların bertarafında kullanılan ısıl ve kimyasal işlemler büyük maliyetler ile gerçekleştirilmektedir. Bunun sonucu olarak ta KKA bertarafı sonrasında ekonomik değeri olan son ürün ve enerji eldesi üzerine yapılan çalışmaların önemini daha çok ön plana çıkarmaktadır [1].
Bu çalışmada, KKA’dan termal işleme (Tİ) yöntemi ile son ürün eldesi (çar, tar, sentez gazı/singaz), elektrik enerjisi üretimi ve sistemin optimum çalışma şartlarının geliştirilmesi konuları ele alınmıştır. Bu anlamda hem Türkiye genelindeki Büyükşehir belediyelerinde hem de diğer ülkelerde KKA’ların bertaraf edilmesinde uygulanabilecek
2
yöntem ve reçeteler araştırılmıştır. Çalışmada elde edilen veriler ışığında KKA’lar kaynağında sınıflandırılıp ayırılarak, bu sınıflara göre en verimli yakma tesislerine ulaştırılıp daha değerli atık bertarafı gerçekleştirilebilecektir. Amaca yönelik olarak gerçekleştirilecek bu yeni metotlar ile arzu edilen son ürünün faz ve niteliğine yönelik daha verimli Tİ yapılabilecektir.
1.2. LİTERATÜRDE YER ALAN İLGİLİ ÇALIŞMALAR
Biyokütlelerin Tİ ile ilgili literatürde birçok çalışma yer almaktadır. Bu çalışmalar çoğunda son ürünleri etkileyen çeşitli parametreleri belirlemek ve istenilen amaca yönelik çalışma parametrelerinin belirlemek amaçlamıştır. Çalışmalar göz önüne alındığında Tİ proseslerinde son ürün nitelik ve niceliklerini etkileyen bu parametreler arasından en önemlisinin uygulanan işlem sıcaklığı olduğu görülmektedir. Tİ sırasında sıcaklık değerlerinin 350-700°C aralığında tutulması ile piroliz işlemi gerçekleştirilirken daha yüksek sıcaklıklara çıkılarak 900°C ve üstünde gazifikasyon işlemi gerçekleştirilmektedir. Ayrıca Tİ sırasında kullanılan farklı reaktör tiplerinin(sabit yataklı, döner yataklı, akışkan yataklı, içten ısıtmalı, dıştan ısıtmalı vb.) de ürün çeşitliliğine önemli ölçüde etki ettiği görülmektedir. Bunun yanında Tİ sırasında biokütleye eklenen farklı katalizör tiplerinin ise hem ürün çeşitliliğinde, hem ürün miktarında hem de bu ürünlerin içerdiği uçucu organiklerin bileşiminde önemli etkileri olduğu anlaşılmaktadır. Tüm bunların yanında Tİ prosesinin ısıtma hızı, işlem basıncı, işlem süresi, biyokütle bileşenleri ve boyutlarının da önemli ölçüde etkisi olduğu görülmektedir. Yine Tİ sırasında reaktör içerisinde oksijensiz ortamın sağlanması için kullanılan inert gaz çeşitleri (azot, karbondioksit, argon vb.) ve bunların sistem içerisindeki akış hızları da ürün verimliliğini etkilemektedir. Bu bölümde Tİ son ürünlerini ve bunların özelliklerini etkileyen parametrelerin araştırıldığı çalışmalara yer verilmiştir.
Li ve ark. gerçekleştirdikleri çalışmada döner fırınlı bir Tİ sistemi kullanmışlardır. Deneyler sırasında kullandıkları piroliz ünitesinin döner fırın kısmının dönme oranları 0,5devir/dk ile 10devir/dk arasında olup, bu çalışmadaki dönme hızını 3devir/dk olarak belirlemişlerdir. İç yüzeydeki sıcaklık 900°C iken, fırının serbest hareket eden kısmı 850°C sıcaklığında bulunmaktadır. Bu sonuçlar ışığında ise malzemenin nem miktarının piroliz süresini önemli ölçüde etkilediği görülmüştür. Nem miktarı %5,25’ ten %14,83 değerine çıktığı zaman piroliz süresi 6 dakikadan 12 dakikaya kadar artmıştır. Bu da
3
yüksek nem miktarına sahip malzemeler için daha çok ısı gerektiği daha çok buharlaştırma gerektiği ve dolayısı ile daha uzun piroliz süresi gerektiği anlamına gelmektedir. Bunun yanında nem miktarına kıyasla parçacık boyutunun piroliz süresine etkisi oldukça düşük seviyede olduğu görülmektedir [2].
KKA pirolizi üzerine yapılan bir başka çalışmada ise Macaristan’da bulunan gerçek bir katı atık geri dönüşüm tesisinden elde edilen KKA’lar ele alınmıştır. Katı atıklardan öncelikle plastik olanları ayırılarak iki çeşit katı atık karışımı elde edilmiştir. Bunlardan plastik olanları MPW diğer kısım ise MSW olarak isimlendirilmiştir. Çalışmada ayrıca karışımların pirolizi sonucunda elde edilen son ürün kalitesinin artırılması için MoO3, Ni-Mo katalizörü ve Al(OH)3 katalizörleri kullanılmıştır. Yapılan deneyler ışığında sonuçlar değerlendirildiğinde katalizör kullanımın piroliz süresini büyük ölçüde kısaltmasına karşın uçucu organik bileşiklerin üretiminde artışa sebep olmuştur. Ni-Mo katalizörü kullanımı ile daha çok sıvı eldesi olduğu belirtilmiştir. Bunun dışında hidrojen ve hidrokarbon içeren gazlar (CO, CO2) ise sadece MSW’den elde edilmiştir. Ayrıca katalizörün etkisinin ise MPW’de daha büyük bir öneme sahip olduğu da belirtilmiştir [3].
Beneroso ve arkadaşlarının çalışmasında mikrodalga kurutma, piroliz ve gazifikasyonun bir arada gerçekleştirildiği çok yönlü bir ısıl kimyasal çalışmaya imza atılmıştır. Çalışmada yüksek kalitede singaz (sentez gazı) elde etmek için ön kurutma işlemini mikrodalga kurutma ile gerçekleştirilmiştir. Çalışmada geleneksel metotların dışında bir işlem olarak piroliz işlemi, mikrodalga fırınında gerçekleştirilmiştir. Çalışmada gaz kompozisyonlarından elde edilen grafiklere göre CH4 ve C2 hariç diğer gaz bileşenleri tüm numunelerde neredeyse aynı değerlerde seyretmiştir. Burada elde edilen sonuçlara göre mikrodalga pirolizinde, nem miktarının artışının singaz üretimine olumlu bir etki oluşturduğu rapor edilmiştir [4].
Guicai ve arkadaşlarının gerçekleştirdikleri çalışmada kentsel katı atıkların piroliz ve yanma sırasındaki davranışları termogravimetrik analizler (TGA) ile araştırılmıştır. Deneyler sırasında belirli oranlarda katalizörler ekleyerek bunların ateşleme ve yanma üzerine etkisi gözlemlenmiştir. Kullanılan katalizörler ZnO, Fe2O3, CuO and Al2O3 bileşiklerinden seçilmiştir. Yapılan çalışma sonuçlarında, piroliz işleminde kullanılan her bir katalizörün, elde edilen gazların ateşleme ve yanma özelliklerini iyileştirdiği görülmüştür [5].
4
Maoyun ve arkadaşları KKA’dan piroliz yöntemi ile sentetik gaz eldesi üzerine laboratuvar ölçekli bir çalışma gerçekleştirmişlerdir. Bu çalışmada KKA’lara yanmış dolomit ekleyerek, sentetik gaz üretiminde katalizör etkisini incelemişlerdir. Yapılan çalışmalarda elde edilen verilere göre katalizörün etki oranı incelenmiş olup, katalizör eklenen KKA’lardan elde edilen sentetik gaz veriminin daha iyi olduğu görülmüştür [6]. Diğer bir çalışmada yazarlar KKA’ların bertarafında kullanılan teknolojilerle ilgili olarak bir derleme ortaya çıkarmışlardır. Çalışmada üzerinde durulan parametreler işlem sıcaklıkları, işlem sonu sıcaklıkları, ısıtma hızı, numunenin işleme maruz bırakılma süresinin pirolize ve son ürüne etkileri olarak göze çarpmaktadır. Ayrıca çalışmada literatürde yer alan farklı çeşitlerdeki piroliz teknolojileri ve farklı reaktör tipleri sınıflandırılarak, güncel ve kapsamlı bir derleme hazırlanmıştır. Piroliz işleminde kullanılan KKA’lar bileşenlerine ve çeşitlerine göre sınıflandırılarak pirolize nasıl etki ettikleri gözlemlenmiştir. Çalışma sonunda ise ele alınan literatür teknolojileri arasında piroliz sisteminin en etkili çöpten enerji eldesi sağlayan sistem olduğu sonucuna varılmıştır. Bu bilgi ve çalışmalara bağlı olarak ise KKA bertarafında piroliz yönteminin kullanılması önerilmiştir [7].
Phounglamcheik ve arkadaşlarının yaptıkları bir çalışmada ahşap kurutma, piroliz ve gazifikasyon işlemlerini sırasıyla tek bir sistemde gerçekleştirebilen bir sistemde ahşap malzemelerin pirolizi araştırılmıştır. Çalışmada ahşap numuneler öncelikle tamamen kurutulmuş ardından 560°C giriş sıcaklığında 1 saat süre ile piroliz edilmiştir. Elde edilen son ürünlere bakıldığında katı ürünlerin %20-32 aralığında olduğu belirtilmiştir [8].
Park ve arkadaşları 25,4mm çapında küre şeklindeki tamamen kurutulmuş ahşap malzemelerin 365-606°C sıcaklıkta piroliz edilmesi üzerine deneysel bir çalışma gerçekleştirişler ve bu çalışmalar ile karşılaştırmalı bir matematiksel model geliştirmişlerdir. Çalışmada inert atmosferi elde etmek için 0,21g/s akış hızında argon gazı kullanılmıştır. Çalışma sonunda elde edilen verilere göre ahşap numunelerin pirolizi sırasında üç ayrı endotermik reaksiyon gerçekleştirilerek elde edilen çar, tar ve gaz ürün verimliliğinin artırıldığı ifade edilmiştir. Ayrıca piroliz sıcaklığının 365°C’den 606°C’ye çıkarılması sonucunda çar ürünün %31’den %17’ye düşürüldüğü belirtilmiştir [9].
5
gazifikasyon işlemleri sonucunda elde edilen katı, sıvı ve gaz ürün nitelik ve nicelikleri araştırılmıştır. Öncelikle belirli oranlarda hammadde karışımları kullanılarak farklı içeriklerde numune hazırlamışlardır. Atık ahşap parçacıklarından oluşan karışım WBC, %50 kağıt, %28 ahşap, %9 plastik, %7 gıda ve %6 yakılamayan bileşenlerden oluşan karışım RDF, %70 kağıt ve %30 plastik içeriğinden oluşan karışım ise RPF olarak adlandırılmıştır. Numunelerin tamamı 2 mm’den daha küçük boyutlara küçültülmüştür. Çalışmada 500°C sıcaklıkta piroliz ve 900°C sıcaklıkta gazifikasyon işlemleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen son ürünler incelendiğinde 500°C sıcaklıkta gerçekleştirilen piroliz işleminde karbon dengesi incelenmiş ve katı fazdaki ürünlerin sıvı faza dönüşümlerinin arttığı belirtilmiştir. Buna ek olarak sıvı fazdaki ürünlerin ise 900°C sıcaklıktaki gazifikasyon prosesi sonunda gaz faza geçişinde de kayda değer bir artış olduğu ifade edilmiştir [10].
İki aşamalı makro-TGA setinin kullanıldığı bir çalışmada ise silindir kesitli ahşap numunelerin piroliz ve gazifikasyon işlemleri sonucunda parçacık küçülmeleri, çatlamaları ve parçalanmaları deneysel olarak araştırılmıştır. 400°C sıcaklıkta gerçekleştirilen piroliz işlemi sonunda numunelerde ağırlıklı olarak parçacık küçülmeleri ve çatlak oluşumları gözlemlenirken belirgin bir bozunma tespit edilememiştir. Buna karşın 930°C sıcaklıkta gerçekleştirilen gazifikasyon işlemi sonucunda ise en verimli parçalanma ve bozunmaların bu sıcaklıkta gerçekleştiği ifade edilmiştir [11].
Laboratuvar ölçekli dıştan ısıtmalı döner yataklı bir piroliz sisteminin kullanıldığı bir başka çalışmada ise işlem sıcaklığının katı atık pirolizinde son ürün oluşumuna etkisi araştırılmıştır. Çalışmada işlem sıcaklığının artması ile çar oluşumunun azaldığı ve gaz ürün oluşumunun arttığı belirtilmiştir. Ayrıca gaz ürünün üst ısıl değer verilerinin de işlem sıcaklığına bağlı olarak değişiklik gösterdiği rapor edilmiştir. Bunun dışında sıvı fazdaki ürünlerde ise alifatik hidrokarbon oluşumunun önce sıcaklık artışı ile arttığı görülürken, belirli bir aşamadan sonra sıcaklık artışı ile azaldığı ifade edilmiştir. Ayrıca çar ürünlerin CO2 reaktivitesinin de işlem sıcaklığına bağlı olarak değişiklik gösterdiği vurgulanmıştır [12].
Atreya ve arkadaşları yaptıkları bir çalışmada parçacık şeklinin piroliz işlemindeki etkilerini araştırmak için bir matematiksel model elde etmişlerdir. Elde ettikleri matematiksel modeli doğrulamak için ayrıca deneysel çalışmalar gerçekleştirmişlerdir. Çalışmada tamamen kurutulmuş akçaağaçtan elde edilmiş çeşitli boyutlarda (5-20mm)
6
küresel, kübik ve silindirik şekillerde hazırlanmış numunelerin 365-606°C sıcaklık aralığında pirolizini araştırmışlar. Elde edilen sonuçlara göre piroliz işleminin iç ısı üretim verimliliği açısından en verimli şekilde sırasıyla küresel, silindirik ve kübik kesitlerde olduğu belirtilmiştir. Ayrıca ısı ve kütle transferinin hızlı olması sebebi ile küçük parçacıkların piroliz sonunda daha az miktarda katı kalıntı oluştuğu ifade edilmiştir. Küçük parçacıklarda ısı transferinin hızlı olması sebebi ile hızlı bir piroliz işlemi gerçekleştiği ve buna bağlı olarak ta düşük çar ve yüksek gaz verimliliğinin elde edildiği belirtilmiştir [13].
Atık lastiklerin pirolizinin gerçekleştirildiği bir çalışmada ise katalizör kullanımının sıvı son ürün özelliklerine etkisi araştırılmıştır. Sabit yataklı bir reaktör kullanılan bu çalışmada katalizör olarak alüminyum, kalsiyum hidroksit, doğal zeolit ve sentetik zeolit kullanılmıştır. Deneyler 10°C/dk ısıtma hızında 450°C sıcaklıkta, 75 dakikalık sürelerde gerçekleştirilmiştir. Katalizörler atık lastiklerin %10-32 aralığında olacak şekilde eklenmiştir. Çalışma sonunda elde edilen son ürünler katalizör eklenmemiş durumda %40 katı, %40 sıvı ve %20 gaz olacak şekilde elde edilmiştir. Katalizör etkileri incelendiğinde ise en verimli yağ oluşumunun %32 alüminyum katalizörünün varlığında olduğu not edilmiştir. Bunun yanında %22 zeolit katalizörünün varlığında ise en düşük verimde yağ oluşumu olduğu belirtilmiştir [14].
Diğer bir çalışmada ise atık lastiklerin döner yataklı bir reaktörde pirolizinde reaktörün dönüş hızı, piroliz işlem sıcaklığı, ısıtma hızı ve N2 debisinin piroliz yağı oluşumuna etkisi deneysel olarak araştırılmıştır. Son ürünler incelendiğinde bu parametrelerin, oluşan piroliz yağının fiziksel özelliklerinde belirgin bir etki oluşturmadığı ifade edilmiştir. Ancak nitrojen akış hızı ile reaktör dönme hızındaki artış ve ısıtma hızındaki azalışın, yağın içeriğindeki oksijenli bileşik içeriklerinde önemli bir artış sağladığı, ayrıca aromatik içeriklerde de önemli derecede azalma sağladığı vurgulanmıştır. Böylece elde edilen yağın yakıt olarak kullanılabilir özelliklere yaklaştığı anlaşılmaktadır. Diğer yandan işlem sıcaklığının artırılması ise aromatik içeriklerin artmasına ve oksijenli bileşik oranlarının azalmasına yol açtığı ifade edilmiştir [15]. Biyokütle ve saf gliserol bileşenlerinden oluşan %20’lik ve %40’lık pellet karışımlarının pirolizinin yapıldığı bir çalışmada ise sıvı ve gaz son ürünleri incelenmiştir. Çalışmada 6mm boyutlarda hazırlanan pelletler 20°C/dk ısıtma hızıyla 600°C sıcaklıkta, 30 dakika süreyle piroliz işlemine tabi tutulmuştur. Numuneler reaktöre 3g/dk debi ile beslenmiştir. Deneyler sonunda %40 gliserol karışımının sıvı ve
7
gaz ürün miktarında artış sağladığı belirtilmiştir. Her iki karışımdan elde edilen gaz ürünlerin üst ısıl değerleri (14MJ/kg) karşılaştırıldığında ise belirgin bir fark olmadığı ifade edilmiştir [16].
Yin ve arkadaşlarının yaptığı bir çalışmada erimiş polipropilen numunesinin dikey bir film piroliz reaktöründe işlem sıcaklığının piroliz son ürünleri üzerine etkisi araştırılmıştır. İşlem sıcaklığının 550°C ‘den 625°C ‘ye çıkarılması sonucu elde edilen piroliz yağı miktarının %74,4’ten %53,5 değerlerine düştüğü belirtilmiştir. Son ürünlerin hafif karbon bileşimleri ele alındığında dikey film reaktörünün tüp reaktöre göre daha yüksek değerde olduğu görülürken, döner yataklı reaktörle yaklaşık aynı değerlerde, akışkan yataklı reaktöre göre daha düşük değerlerde olduğu belirtilmiştir [17].
KKA içinde, yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE), düşük yoğunluklu polietilen (LDPE), polipropilen (PP), polietilen terefalat (PET), polistiren (PS) ve polivinilklorit (PVC) olmak üzere altı ana bileşen bulunur. Aşağıdaki tabloda KKA içinde yer alan plastik malzemelerde bu bileşenlerin kütlece bulunma yüzdeleri verilmiştir. Konu ile ilgili daha önce yapılan çalışmalarda bu plastiklerin her birinin aynı piroliz özelliklerini gösterdiği tespit edilmiştir. Bu yüzden gerçekleştirilen tez çalışmasında oluşturulan menülerde her bir plastik çeşidinden aynı oranda eklenmiştir [18].
Daha önce yapılan bir çalışmada da polimer ve selüloz içerikli malzemelerden referans numune olması adına birer çeşit polimer ve selüloz içerikli malzeme 10°C/dk ısıtma hızında piroliz edilmiştir. Bu çalışmada da sıcaklık artışına bağlı olarak termal dönüşüm gerçekleşirken ortaya çıkan kütle kaybı 450-470°C sıcaklık değerlerinde azalarak bittiği anlaşılmaktadır. Deneysel çalışmalarda elde edilen veriler de bu durumu desteklemektedir. Piroliz ünitesinde 350-400°C sıcaklıklara kadar yoğun bir gaz ve sıvı eldesi olmasına karşın bu sıcaklık değerlerinden sonra bu ürünlerin çıkışı neredeyse bitme noktasına gelmiştir [19].
8
2. KENTSEL KATI ATIK YÖNETİMİ
2.1. TANIMI VE SINIFLANDIRILMASI
KKA tanımı ile literatürde birçok farklı şekillerde karşılaşılmaktadır. Bu tanımlamaların tamamı KKA’ların kullanılamayan birer kalıntı olduğunu gösteren ifadelerden ibarettir. Ancak KKA’lar uygun şartlarda değerlendirildikleri zaman birer kayıp olmaktan çıkar ve insanlığa büyük fayda sağlayacak kaynak haline gelir. İnsanoğlu geçmişten günümüze kadar olduğu gibi gelecekte de var olduğu sürece tüketim yapacak ve bunun sonucunda da sınırsız bir atık birikimine yol açacaktır. İnsanoğlu eğer bu atık birikimi ile ne yapacağını bilemez ve sadece bir yerlere yığıp zamanla doğaya karışmasını beklerse, KKA’lar küresel anlamda çözülemeyen bir sorun haline gelir. Ancak KKA’lar birer yenilenebilir enerji kaynağı gibi görülür ve ona göre muamele edilirse; gerekli termal işlemlerle enerji olarak geri dönüşümleri yapılabilirse, bu sefer insanlık için küresel bir kaynak haline gelirler.
KKA’lar bir tanımlamada, değeri olmayan kalıntı veya işe yaramaz kalıntılar olarak tanımlanmaktadır [20]. Benzer şekilde yapılan bir başka tanımlamada ise KKA’lardan meskenler, ticari işletmeler (lokanta, kafe, alışveriş merkezi, bağımsız dükkânlar) ve kamu kuruluşları (karakol, hastane, okul vb.) tarafından ortaya çıkarılan maddeler olarak bahsedilmektedir [21]. Daha sık rastlanan bir tanımlamada ise katı atıklar; üreticisi tarafından istenmeyen insan ve çevre sağlığı açısından düzenli bir şekilde bertaraf edilmesi gereken katı maddelerdir, şeklinde tanımlanmıştır [22].
Atıklar, fiziksel hallerine göre (katı, sıvı ve gaz), malzeme yapılarına göre (cam, plastik, kâğıt vb.), fiziksel özelliklerine göre (yanabilir, biyolojik olarak bozundurulabilir, geri dönüştürülebilir), kullanım alanına göre (ticari, tarımsal, endüstriyel) veya güvenlik seviyesine göre (tehlikeli ve tehlikesiz) birçok farklı şekilde sınıflandırılabilirler [23]. Bu sınıflandırmalar uygulamaya yönelik yapılması durumunda, KKA’lar için en uygun dönüşüm prosesleri belirlenerek, geri dönüşüm verimliliği artırılabilir.
Çevresel olumsuz etkilerin minimize edildiği, en az miktarda düzenli depolama sahası ihtiyacı olan, minimum düzeyde enerji kullanımı olan ve de maliyeti en uygun olan
9
çözümün sunulması, entegre katı atık planı yapılırken başlıca dikkat edilmesi gereken unsurlardır. Entegre katı atık yönetiminin temel amacı, en uygun maliyetle atığın çevreye zararlı etkilerini en aza indirmektir. Sistem bir bütün olarak; atık malzeme, atık kaynağı, toplama metodunu, işleme ve arıtma yöntemlerini tek bir çatı altında düşünerek değerlendirmelidir. Özellikle kullanılan ve atık haline gelen malzemenin tekrar kullanabilir ve gelire dönüştürülebilir olması istenir. Yeni gelişmeler ve daha az maliyet arayışları içinde olmalıdır. Entegre katı atık yönetimi akış diyagramı (üretimden bertarafa kadar) Şekil 2.1’de gösterilmiştir [24].
10 2.2. UYGULAMA VE KAPSAMI
Global gelişmenin devamlılığı için gerekli yöntemlerin ve uygulamaların belirlendiği 1992’deki Birleşmiş Milletler Çevre ve Gelişim Konferansı’nda çevreye duyarlı atık yönetiminde daha ileriye ulaşmak için katı atık bertaraf yöntemlerinin mutlak artırımına vurgu yapılırken, atık oluşumunun en aza indirilmesi ve buna karşın tekrar kullanım ve geri dönüşümün en üst seviyeye çıkarılmasının gerekliliğinin altı çizilmiştir. Katı atık yönetiminde o dönemde çalışmalarının çoğunluğunu durgun (günü kurtarmaya dayalı çözümler) atık yönetimi modelleri oluşturmakta ve atıkların depolanmasına yönelik uygulamalar gerçekleştirmekteydi [25]. Sonrasında ise geleceğe yönelik etkili bir çözüm olmayan depolama yönteminden uzaklaşılarak kaynakta azaltma ve geri dönüşüme yönelik uygulamalar öne çıkmaya başlamıştır. Avrupa Birliği (AB) üyesi ülkeler, ulusal geri kazanım ve geri dönüşüm stratejilerini değiştirmiş ve AB Düzenli Depolama Direktifi’ne göre, depolama sahasına gönderilecek, biyolojik olarak bozunabilen atıklarını en aza indirmeye çalışmaktadırlar [26]. Tüm bunlara bağlı olarak KKA oluşumundan çeşitli bertaraf yöntemlerine kadar olan adımların hepsini kapsayan entegre bir katı atık yönetimini ve bu adımların birbirleri ile olan ilişkisi beş ana unsurda ele alınmıştır [27];
- Önleme,
- Toplama, taşıma ve aktarma - Geri kazanım/geri dönüşüm - Arıtım
- Bertaraf
2.2.1. Katı Atık Hiyerarşisi
Avrupa Çevre Ajansı (EPA) KA yönetiminin tüm yönleriyle uygulanması sonucuna ulaşıp entegre katı atık yönetim düzenini meydana getirmişlerdir. Bu düzen ile hedeflenen bölge açısından toplumsal stratejileri yönlendirmeye yardımcı olmak ve çevresel açıdan kabul edilebilir yöntemlerin kullanılmasını sağlamak olmuştur. EPA entegre katı atık yönetimini oluşturan maddeleri önem sırasına göre Şekil 2.2’de verilmiştir. Bu sıralama ayrıca katı atık yönetim hiyerarşisini ifade etmektedir [28].
11
Şekil 2.2. Katı atık yönetim hiyerarşisi [28]. 2.2.1.1. Önleme
Bu yöntem atığın doğrudan oluşum kaynağı ile ilgili olup, kaynaktan hiç üretilmemesini sağlamaktır, “sıfır atık” olarak da literatürde geçmektedir. Bu yöntem teorik bir yöntem olmakla sınırlı kalmıştır. Çünkü insanoğlu var olduğu sürece hem teknik hem de sosyal açıdan bu durumun gerçekleşmesi mümkün değildir [29].
2.2.1.2. Azaltma
Atık azaltımı, atığın oluşma yerinde önlenemez oluşum miktarının minimum seviyeye indirilmesini amaçlar. Atığın üretildikten sonra nasıl bir yol izleneceğini düşünmektense, kaynağında azaltmayı hedefler. Sistem içinde oluşan önlenemez bu atıkların bertaraf edilmesi, çevreye ve ekonomiye olan negatif etkilerin minimuma indirilmesi demektir. Bu hedefe ulaşmanın en kısa yolu ise atıkların kaynağında azaltılmasıdır.
Bu yöntemde temel amaç atık miktarının en aza indirgenmesi olup, atık kompozisyonunda da herhangi bir tehlikeli atık grubundan ürün bulunmaması istenir. Bu sisteme örnek olarak, üretimde kullanılan hammadde ve üretim yöntemi seçilirken atık miktarı minimize edecek değişiklikler yapılması, nihai ürünlerin kullanım ömrünü artıracak araştırma geliştirme çalışmaları verilebilir. Tüketicinin özellikle katı atıklar konusunda bilinçlendirilmesi atıkların üretim yerinde azaltımında önemli rol oynamaktadır. Örneğin, bisiklet kullanımının yaygınlaştırılması, yakıt tüketimi ve
12
otopark maliyetlerinde önemli bir tasarruf sağlarken, otomobillerin üretiminden hurda bertarafına kadar olan süreçte çevreye olan negatif etkiler de minimize edilmiş olacaktır [29].
2.2.1.3. Yeniden Kullanma
Yeniden kullanım, proses sonucu oluşmuş atıkların yok edilmesinin diğer faydalı ve ekonomik bir yoludur. Yeniden kullanımın temelinde atık başta olmak üzere, atıl mallar ve malzemeleri almayı ve onların eski ve orijinal formlarının yerlerine, mümkün olduğunca az değişiklik ve yenileme ile benzer veya biraz farklı amaçla kullanıma kazandırılması yatmaktadır [29].
Atıkların herhangi bir işleme tabi tutulmadan, yeniden kullanılmasıdır. Yeniden kullanım uygulamalarına verebileceğimiz örnekler arasında birkaç kez kullanılan ürünlerin üretiminin kontrol edilmesi, depozito uygulamak, atık borsası oluşturmak, ikinci el ve kullanılmış ürün pazarlarının oluşturulmasını desteklemek yer almaktadır [29].
2.2.1.4. Geri Dönüşüm
Geri dönüşüm, atık maddeleri yeni bir ara ürün veya malzeme üretmek için yeniden işlemeyi içerir. Geri dönüşüm işleminde, atıklar tekrar hammadde olarak kullanılmak üzere fiziksel veya kimyasal işlemlerden geçer. Bu uygulama için atıkları kaynağında gruplara ayırarak biriktirmek en etkili yöntemdir. Atıkların geri dönüşümü sadece hammadde olarak kullanılan doğal kaynaklarda değil, ürün oluşumu sırasında kullanılan enerji kaynaklarının kullanımında da önemli bir tasarruf sağlar. Örneğin, metal ve plastiklerin ilk üretiminde kullanılan enerjiye oranla çok daha az bir miktar ile bu atıklar tekrar geri kazanılabilir. Tekrar kullanılabilir nitelikli atıklar geri dönüşüm sayesinde ikincil hammadde haline getirilerek doğal kaynakların bilinçsizce tüketilmesinin önüne geçilir [29].
2.2.1.5. Kompostlama
Kompostlaştırma işlemi, organik bileşenlerin belirli çevresel durumlara bağlı olarak biyolojik olarak ayrıştırılması ve stabilizasyonudur. Kompost ise işlem sonunda ortaya çıkan, humus benzeri ve toprak şartlandırıcısı olarak kullanılan bir maddedir. Kompost, üretilen organik maddenin tekrar kullanılabilmesi için gerçekleştirilen geri dönüşüm uygulamasının en faydalı son ürünüdür [30].
13 2.2.1.6. Depolama
Bu yöntem ise bütün bu yukarıda anlatılan işlemlerden geçmiş atıkların hala kaldıysa kullanılamayacak kısımlarının bertaraf edilmesi amacıyla düzenli ve kontrollü olarak biriktirilmesi işlemidir [29].
2.3. KKA TÜRKİYE İSTATİSTİK VERİLERİ
Türkiye İstatistik Kurumu (TÜİK) Belediye Atık İstatistiklerine bakıldığı zaman 2006-2014 yılları arasında belediyelerde 28 milyon ton atık toplandığı görülmektedir. Çizelge 2.1’de yer alan tüm belediyelere uygulanan 2014 yılı Belediye Atık İstatistikleri Anketi sonuçlarına göre ise 1396 belediyenin 1391'inde atık hizmeti verildiği, atık hizmeti verilen belediyelerden 28 milyon ton atık toplandığı görülmektedir. Yine TÜİK tarafından yapılan hesaplamada anket sonuçlarına göre 2014 senesinde belediyelerde toplanan kişi başı günlük ortalama atık miktarı 1,08 kg olarak hesaplandı. Üç büyük şehrimizde ise toplanan kişi başı günlük ortalama atık miktarı İstanbul için 1,16 kg, Ankara için 1,10 kg, İzmir için 1,12 kg olarak belirlenmiştir. Atık toplama ve taşıma hizmeti verilen belediyelerde toplanan 28 milyon ton atığın, %63,5’i düzenli depolama tesislerine, %35,5'i belediye çöplüklerine, %0,5'i kompost tesislerine gönderildiği, %0,5'i ise diğer yöntemler ile bertaraf edildiği Şekil 2.3’deki gibi ifade edilmiştir [31].
Çizelge 2.1. Belediye atık göstergeleri [31].
2006 2008 2010 2012 2014 Toplam belediye sayısı 3.225 3.225 2.950 2.950 1.396 Atık hizmeti veren belediye sayısı 3.115 3.129 2.879 2.894 1.391 Toplanan belediye atık miktarı (bin ton/yıl) 25.280 24.361 25.277 25.845 28.011 Atık bertaraf yöntemleri ve miktarı (bin
ton/yıl)
Belediye çöplüğüne atılan 14.941 12.678 11.001 9.771 9.936 Düzenli depolama tesislerine gönderilen 9.428 10.947 13.747 15.484 17.807
Kompost tesisine gönderilen 255 276 194 155 126
Açıkta yararak 247 239 134 105 4
Dereye ve göle dökerek 70 48 44 33 16
Gömerek 144 100 34 94 7
14
Şekil 2.3. Atık bertaraf yöntemleri ve miktarı [31].
Çizelge 2.2’de yer alan TÜİK tarafından Atık Bertaraf ve Geri Kazanım Tesisleri Anketi sonuçlarına göre 2014 yılında 117 atık bertaraf tesisi ve 868 geri kazanım tesisi olmak üzere toplam 985 tesisin faaliyet gösterdiği tespit edildiği görülmektedir. Toplam kapasitesi 620 milyon m3 olarak tespit edilen 113 düzenli depolama tesisinde 41 milyon ton atık bertaraf edildiği, ayrıca, 2014 yılında faaliyette olan 192 bin ton/yıl kapasiteli 45 sterilizasyon tesisinde toplam 67 bin ton tıbbi atık arıtılır ve arıtılan tıbbi atığın %68’i düzenli depolama tesislerinde bertaraf edilirken %32’si ise belediye çöplüklerine gönderildiği ifade edilmiştir. Yine bu verilere göre toplam kapasitesi 111 bin ton/yıl olan 4 yakma tesisinde 40 bin ton tehlikeli ve 3 bin ton tehlikesiz olmak üzere toplam 43 bin ton atık bertaraf edilmiştir. Toplam kapasitesi 310 bin ton/yıl olan 4 kompost tesisinde 94 bin ton atık işlem gördü ve 34 bin ton kompost üretilmiştir. Ayrıca atık geri kazanımı lisanslı 39 beraber yakma (ko-insinerasyon) tesisinde 532 bin ton atık yakılarak enerji geri kazanımı gerçekleştirilmiştir. Lisanslı diğer 825 atık geri kazanım tesisi ile ise toplam 19 milyon ton atık metal, plastik, kâğıt, mineral vb. geri kazanılmıştır [32].
15
Çizelge 2.2. Atık bertaraf ve geri kazanım tesisleri [32].
Tesisler 2012 2014 Tesis sayısı İşlem gören atık miktarı (ton/yıl) Tesis sayısı İşlem gören atık miktarı (ton/yıl) Atık bertaraf tesisleri 83 24.224.635 117 41.324.637 Düzenli depolama tesisi 80 24.174.502 113 41.281.755
Yakma tesisi 3 50.133 4 42.882
Atık geri kazanım tesisleri 589 10.229.133 868 19.724.241
Kompost tesisi 6 158.922 4 94.019
Beraber yakma
(ko-insinerasyon) tesisi
32 538.916 39 532.343 Diğer geri kazanım tesisleri 551 9.531.295 825 19.097.879 2.4. YASAL ÇERÇEVE
Ülkemizde, sürdürülebilir çevre ve sürdürülebilir kalkınma esaslarına bağlı olarak, çevrenin korunması ve çevre kirliliğinin önüne geçilmesine yönelik öncü çalışmalar, 1983‟de yürürlüğe giren Çevre Kanunu ile devreye alınmıştır. 2872 sayılı Çevre 8. Kanunu’nun 11. Maddesine göre, belediyeler evsel katı atık bertaraf tesislerini kurmak, kurdurmak, işletmek veya işlettirmekle yükümlüdür [33]. Atık yönetimi ile ilgili ulusal mevzuat, katı atıklar, ambalaj atıkları, tehlikeli atıklar, tıbbi atıklar ile inşaat, yıkıntı ve hafriyat atıklarının kontrolü üzerine odaklanmıştır [7], [34]. Çevre Yönetimi Genel Müdürlüğünün (ÇGYM) şu an yürürlükte olan ilgili yönetmelikleri ise Çizelge 2.3’te belirtilmiştir [35];
Çizelge 2.3. ÇGYM’nin yürürlükte olan atık kontrol yönetmelikleri [35].
Yönetmelik Resmi Gazete Tarihi Sayısı
Atıkların Yakılmasına İlişkin Yönetmelik 06.10.2010 27.721 Atıkların Düzenli Depolanmasına Dair
Yönetmelik
26.03.2010 27.533 Atık Yağların Kontrolü Yönetmeliği 30.07.2008 26.952 Atık Yönetimi Genel Esaslarına İlişkin
Yönetmelik
05.07.2008 26.927 Ambalaj Atıklarının Kontrolü Yönetmeliği 24.08.2011 28.035 Tıbbi Atıkların Kontrolü Yönetmeliği 22.07.2005 25.883 Bitkisel Atık Yağların Kontrolü Yönetmeliği 19.04.2005 25.791 Tehlikeli Atıkların Kontrolü Yönetmeliği 14.03.2005 25.755 Katı Atıkların Kontrolü Yönetmeliği 14.03.1991 20.814
16
Çizelge 2.4’te görüldüğü gibi geri kazanım hedefleri yönetmelik yürürlüğe girdiği tarihten itibaren 2020 yılına kadar kademeli olarak artmaktadır [7], [36].
Çizelge 2.4. Geri kazanım hedefleri [36].
Malzemeye göre yıllık geri kazanım hedefleri (%) Yıllar Cam Plastik Metal Kâğıt/Karton Ahşap
2005 32 32 30 20 - 2006 33 35 33 30 - 2007 35 35 35 35 - 2008 35 35 35 35 - 2009 36 36 36 36 - 2010 37 37 37 37 - 2011 38 38 38 38 - 2012 40 40 40 40 - 2013 42 42 42 42 5 2014 44 44 44 44 5 2015 48 48 48 48 5 2016 52 52 52 52 7 2017 54 54 54 54 9 2018 56 56 56 56 11 2019 58 58 58 58 13 2020 60 60 60 60 15
2.5. KKA OLUŞUMUNUN ÖNLENMESİ
Yeryüzünde hızlı bir artışa sahip olan katı atık birikiminin doğaya verdiği zararı en aza indirmek çalışmalarında, öncelikle bu birikimin önlenmesi büyük önem taşımaktadır. EPA tarafından 1980’lerde düzenlenen kongrelerde, üretim ve atıkların sadece çıkışta arıtımı sonucu tüketilen doğal kaynakların, gelecek nesillerin ihtiyacını karşılayamayacağı görüşülmüş ve zararlı maddelerin kullanılmasını, ya da doğal kaynakların tüketilmesini en aza indirmeyi ve atık üretiminin kaynağında azaltılmasını ele alan yeni bir kavram geliştirilmiştir. Bu kavram, atık azaltımı, kaynakta azaltma, yeşil mühendislik, sürdürülebilir mühendislik gibi adlarla anılmış, fakat en çok kullanılanı EPA tarafından bulunan kirlilik önleme “pollution prevention” terimi olmuştur [37]. Kirlilik önleme, atık yönetimine yeni anlayışlar getirmektedir. Atığın oluşmasını bekleyip, zararsız hale getirmeye çalışmak yerine, kirlilik önleme anlayışı; bir ürünün oluşmasını sağlayan ham maddelerinden, kullanıldıktan sonra bertarafına ya da geri dönüşümüne kadar ömrünün belirlenmesini ve böylece çevreye en az zararlı hale getirmeyi benimsemektedir. Bu da, daha az toksik ya da çevreye daha az zarar verici madde kullanılması, daha etkin üretim süreçleri ya da daha az enerji ile çalışan süreçler
